1. Latar Belakang
Berdasarkan data dari Balittri (2009) permintaan minyak didunia sebesar 84,20 juta barel per hari dan diperkirakan pada tahun 2030 permintaannya akan meningkat menjadi 113,30 juta barel per hari. Meningkatnya permintaan tersebut mengakibatkan persediaan minyak bumi semakin menipis, salah s alah satunya satun ya adalah di Indonesia. Terbatasnya sumber daya da ya minyak bumi didalam negeri telah tel ah menjadikan sekitar 50% pemenuhan kebutuhan bahan bakar solar nasional harus dilakukan melalui impor (BRDST, 2008). Dengan demikian Indonesia menjadi negara importir minyak terbesar di Asia Tenggara. Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dilakukan berbagai penelitian untuk mencari energi alternatif yang dapat diperbaharui. Salah satu energi alternatif tersebut adalah Bahan Bakar Nabati (BBN). Solusi tersebut antara lain penanaman tanaman yang berpotensi sebagai bahan bakar alternatif (bioenergi). Salah satu tanaman yang sedang dikembangkan untuk dijadikan bioenergi, dalam hal ini biodiesel adalah Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco). Penanaman kemiri Sunan terus dilakukan karena selain berpotensi sebagai bahan bakar alternatif, tanaman ini dapat berfungsi sebagai seba gai tanaman konservasi dan penahan air. Pada saat ini, tanaman kemiri Sunan banyak ditanam di daerah Indonesia khususnya di daerah Jawa Barat seperti Majalengka, Sumedang, Garut dan Tasikmalaya. Pada saat ini lebih dari 2 juta pohon ditanam di DAS Cimanuk (TV One dan Kabar Indonesia, 2010). Berdasarkan hal tersebut maka berbagai pihak telah melakukan penelitian dan pengembangan pengembangan mengenai tanaman tersebut. Dari hasil yang dilakukan oleh Hasyim dan Nurjuwita (2008) dan Balittri-Litbang, Deptan (2009) disebutkan bahwa setelah melalui pengukusan maupun pengeringan, biji kemiri Sunan dapat diolah untuk memperoleh minyaknya. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Balittri (2009), tanaman kemiri Sunan yang telah berumur 10 tahun dapat menghasilkan 50-289 kg biji/pohon/tahun dengan rendemen minyak 55-56%. Minyak yang dihasilkan berupa minyak nabati non pangan (non ( non edible oil ) sehingga tidak bersaing dengan kebutuhan pangan. Minyak tersebut mengandung ester asam-asam lemak yang dapat digunakan sebagai biodiesel. Ester asam-asam lemak tersebut antara lain asam palmitat, asam linoleat, asam oleat, dan asam -oleostearat. Berdasarkan potensi minyak kemiri Sunan yang diperoleh dari hasil penelitian diatas, maka dilakukan penelitian lanjutan yaitu pembuatan biodiesel dari minyak Kemiri Sunan ( Aleurites Aleurites trisperma Blanco) melalui transesterifikasi dengan menggunakan katalis homogen KOH dan NaOH (Wulandari dan Nurhardiyani; Nurhardi yani; Djenar, N.S dan Lintang, 2009)
1
Dari hasil penelitian tersebut disebutkan bahwa minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) yang sudah diesterifikasi terlebih dahulu, pada saat transesterifikasi dengan katalis KOH menghasilkan biodiesel dengan nilai viskositas kinematik (40 0C) 6,78 cSt, bilangan iodium 76,66 g iod/100 g, berat jenis (40 0C) 0,9002 g/cm 3 dan bilangan asam 1,41 mg KOH/g. Berdasarkan hasil tersebut, meskipun nilai bilangan asam yang diperoleh masih cukup tinggi, biodiesel yang dihasilkan telah memenuhi Syarat Mutu Biodiesel Indonesia. Dari hasil penelitian berikutnya (Andriana dan Suryani, 2010:34) diperoleh bahwa kondisi optimum transesterifikasi pada proses pembuatan biodiesel dari minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) adalah pada temperatur 40 0C selama 30 menit. Dari hasil analisis secara fisika dan kimia, biodiesel pada kondisi optimum memiliki nilai berat jenis (400C) sebesar 0,8870 g/cm 3, viskositas kinematik (400C) sebesar 6,2457 cSt, heating value sebesar 41.414 J/kg, titik nyala ( flash point ) sebesar 1400C, kadar air sebesar 3,52 x 10 -3 %-b, % FFA sebesar 0,14%, bilangan asam sebesar 0,2639 mg KOH/g, kandungan metil ester sebesar 97,03%, angka penyabunan sebesar 226,49 mg KOH/g dan bilangan yang tidak tersabunkan sebesar 1,56%. Dari hasil penelitian-penelitian yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) telah layak menjadi bahan baku biodiesel, karena berdasarkan sifat fisika dan kimia telah memenuhi Syarat Baku Mutu Biodiesel Indonesia berdasarkan SNI-04-7182-2006. Pada umumnya produksi biodiesel dilakukan dengan menggunakan katalis homogen (fasa katalis sama dengan campuran reaksi) yaitu KOH atau NaOH. Penggunaan katalis homogen memiliki beberapa kelemahan yaitu tidak dapat digunakan kembali ( reused ), dapat terjadi reaksi samping yang tidak diharapkan (saponifikasi), pemisahan antara katalis dan produk harus melalui berbagai tahapan sehingga meningkatkan biaya produksi. Pada katalis heterogen, seperti CaO, MgO dan CaCO 3 kelemahan diatas dapat dicegah karena kataliskatalis ini mempunyai fasa yang berbeda (berbentuk padat), sehingga mudah dipisahkan dan diperoleh kembali (recovery) melalui proses dekantasi dan filtrasi dengan menggunakan alat yang sederhana (Mittelbach and Koncar, 2004:55). Dengan demikian dapat menghemat biaya produksi dan diharapkan yield yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan dengan katalis homogen. Berdasarkan hasil penelitian-penelitian tersebut diatas, maka dilakukan penelitian lanjutan pembuatan biodiesel dari minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) dengan katalis heterogen dalam hal ini adalah kalsium oksida (CaO). Pemilihan katalis CaO ini 2
karena berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan minyak kacang kedelai yang direaksikan dengan metanol, dapat menghasilkan biodiesel dengan konversi 97% dengan waktu reaksi 3 jam. CaO yang telah dipakai dalam penelitian tersebut dapat digunakan kembali (reused ) untuk 20 kali reaksi (Liu dkk, 2007 dalam Yulistina dan Elizabeth, 2008). Pada pembuatan biodiesel dari minyak kelapa sawit dengan katalis CaO menghasilkan biodiesel dengan konversi 100% (Yulistina dan Elizabeth, 2008). Atas dasar itulah penelitian ini diber i judul ”Kajian Awal Proses Transesterifikasi Minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) Dengan Menggunakan Katalis Heterogen Kalsium Oksida (CaO)”.
2. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Memanfaatkan potensi biji Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. 2. Uji coba produksi biodiesel dari minyak Kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) melalui reaksi transesterifikasi secara batch dengan menggunakan katalis heterogen kalsium oksida (CaO). 3. Memperoleh
kondisi
operasi
optimum
dari
pembuatan
biodiesel
dengan
menggunakan katalis heterogen (CaO).
3. Ruang Lingkup
Batasan dari penelitian ini adalah : 1) Pengeringan biji kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) dengan menggunakan oven pada suhu ± 70 oC selama ± 60 menit. 2) Ekstraksi yang digunakan adalah ekstraksi padat-cair menggunakan peralatan leaching dengan pelarut n-heksana pada tekanan steam < 1 bar selama ±180 menit (15 kali siklus) yang dilanjutkan dengan proses evaporasi pada temperatur 40˚C dalam keadaan vakum. 3) Degumming menggunakan H 3PO4 0.8% yang dilanjutkan dengan proses netralisasi menggunakan NaOH 0,5N. 3
4) Esterifikasi dilakukan dengan cara mereaksikan minyak kemiri dengan metanol pada perbandingan volume 4 : 1 dengan katalis H 2SO4 sebanyak 3%/v-minyak pada temperatur 60˚C selama 1 jam. 5) Transesterifikasi dengan menggunakan metanol dan katalis CaO 6%/b-minyak. Perbandingan volume antara minyak kemiri dengan metanol adalah 4 : 1. Reaksi dilakukan dalam skala laboratorium pada temperatur reaksi 50˚C, 60˚C, 65˚C dan waktu 1, 3 dan 5 jam. 6) Pemisahan biodiesel dengan metanol sisa menggunakan rotavapor. 7) Pemisahan antara metil ester (biodiesel), CaO dan gliserol yang dilakukan dengan menggunakan corong pemisah. Sehingga terbentuk 3 lapisan yaitu lapisan atas berupa biodiesel, lapisan tengah yaitu CaO dan lapisan bawah yaitu gliserol. 8) Pemurnian metil ester. 9) Penentuan persen perolehan biodiesel. 10) Analisis sifat fisika dan kimia terhadap biodiesel antara lain pH, viskositas, kadar air, flash point , heating value, kadar gliserol total dan bebas, %FFA dan bilangan asam, massa jenis, bilangan setana, bilangan iod dan bilangan penyabunan.
4. Metodologi Penelitian
Tahap penelitian meliputi : 1). Tahap Persiapan Tahap Persiapan terdiri dari : a)
Penyediaan dan perangkaian seperangkat alat ekstraksi padat cair dan evaporasi.
b)
Penyediaan dan perlakuan awal terhadap biji kemiri Sunan ( Aleurites trisperma Blanco) dengan pengeringan menggunakan oven pada suhu ±70 oC selama ±60 menit.
c)
Penyediaan zat kimia yang akan digunakan.
d)
Ekstraksi yang digunakan adalah ekstraksi padat-cair menggunakan peralatan leaching dengan pelarut n-heksana pada tekanan steam < 1 bar (15 kali siklus).
e)
Evaporasi minyak kemiri pada temperatur 40˚C dalam keadaan vakum.
f)
Pemurnian minyak kemiri melalui degumming dengan menggunakan asam posphat (H3PO4) 0,8% dan dilanjutkan dengan netralisasi menggunakan NaOH 0,5N. 4
g)
Penyediaan dan perangkaian seperangkat alat untuk reaksi esterifikasi dan transesterifikasi.
2). Tahap Pelaksanaan Tahap Pelaksanaan terdiri dari : a)
Esterifikasi Mereaksikan minyak kemiri dengan metanol pada perbandingan volume 4 : 1 dengan katalis H2SO4 sebanyak 3%/v-minyak.
b)
Transesterifikasi Mereaksikan minyak kemiri dengan metanol dalam perbandingan volume 4 : 1 menggunakan katalis CaO 6%/b-minyak kemiri dengan variasi temperatur (50, 60 dan 65 0C) dan waktu (1, 3 dan 5 jam).
c)
Pemurnian Pemisahan biodiesel dengan methanol sisa menggunakan rotavapor dengan suhu 70oC.
d)
Pemisahan (dekantasi) Pemisahan antara metil ester (biodiesel), CaO dan gliserol yang dilakukan dengan menggunakan corong pemisah. Sehingga terbentuk 3 lapisan yaitu lapisan atas berupa biodiesel, lapisan tengah yaitu CaO dan lapisan bawah yaitu gliserol. Proses dekantasi dilakukan selama + 8 jam.
e)
Penentuan persen perolehan biodiesel.
3). Tahap Analisis Produk Tahap Analisis Produk terdiri dari : Analisis sifat fisika dan kimia terhadap biodiesel antara lain pH, viskositas, kadar air, flash point , heating value, kadar gliserol total dan bebas, %FFA dan bilangan asam, massa jenis, bilangan setana, bilangan iod dan bilangan penyabunan.
5
Skema Pelaksanaan Penelitian
Minyak Kemiri Sunan Metanol ESTERIFIKASI 0 (T=60 C,t=60 menit)
H2SO4 3%/v-minyak
Air CaO
0
PEMANASAN (T= 60 C) PENGGERUSAN TRANSESTERIFIKASI 0, 0 0 (T=50 60 dan 65 C, t=1, 3 dan 5 jam)
PENGADUKAN 0 T = 25 C, t = 30 menit
EVAPORASI Vakum, T=700C
Metanol
M ethanol Recover
Gliserol + Biodiesel + CaO PEMISAHAN (DEKANTASI)
Gliserol PENIMBANGAN
PENETAPAN % PEROLEHAN
Biodiesel Murni + CaO PEMISAHAN (DEKANTASI) Suhu Ruang, t = + 8 jam
Biodiesel Murni ANALISIS SIFAT KIMIA DAN FISIKA
CaO CaO Recovery
Diagram Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kemiri Sunan (Al eur i tes tr isperm a Blanco)
6
5. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan adalah pada tabel 5.1 dan 5.2 Tabel 5.1 Daftar Kebutuhan Alat No
Alat yang digunakan
Spesifikasi
Jumlah
1
Rotavapor
-
1
2
Sentrifuge
-
1
3
Penangas air
T = 100˚C
3
4
Kondensor
-
3
5
Termometer
T = 100˚C
3
6
Tabung CaCl 2
-
3
7
Batu didih
-
3
8
Viskometer
-
1
9
pH meter
-
1
10
Labu erlenmeyer
Vol = 250 mL
3
11
Bomb kalorimeter
-
1
12
Piknometer
Vol = 25 mL
3
13
Gelas kimia
Vol = 500 mL
1
14
Gelas kimia
Vol = 250 mL
1
15
Gelas ukur
Vol = 250 mL
2
16
Corong kaca
-
2
17
Klem
-
10
18
Penyangga reaktor
-
3
19
Donkrak
-
3
20
Statip
-
3
21
Selang plastik
-
-
22
Benang kasur
-
1 gulung
23
Hot plate
-
1
24
Reaktor leher 4
750 mL
2
25
Magnetic stirer
-
1
26
Motor pengaduk
-
2
27
Labu takar
500 mL
2
28
Klem holder
-
10
7
29
Corong tetes
100 mL
2
30
Batang pengaduk
-
2
31
Flash Point Analyzer
-
1
32
Oven
-
1
33
Lumpang
-
1
34
Alu
-
1
35
Bola Hisap
-
2
36
Pipet Ukur
5 ml
1
37
Pipet Tetes
-
3
38
Pipet Volum
10 ml
1
39
Alumunium foil
-
1 lembar
40
Tabung reaksi
-
1
41
Buret
50 ml
1
42
Neraca Analitik
-
1
43
Botol Semprot
-
1
44
Spatula
-
2
45
Kaca Arloji
-
2
46
Penjepit Kayu
-
2
47
Corong Pisah
-
1
Tabel 5.2 Daftar Kebutuhan Bahan No
Bahan yang digunakan
Spesifikasi
Jumlah
Aleurites trisperma Blanco
8 kg
1
Biji kemiri
2
Aquadest
-
15 L
3
n-Heksana
Teknis
15 L
4
HCl
p.a.
250 mL
5
CaO
p.a.
250 g
6
Phenolptalein
p.a.
1g
7
Asam oksalat
p.a.
1g
8
Alkohol netral 95%
p.a.
2L
9
NaOH
p.a.
5g
8
10
Karbon tetraklorida
p.a.
100 mL
11
Kalium iodida
p.a.
25 g
12
Natrium tiosulfat
p.a
25 g
13
Iod monoklorida
p.a.
8g
14
Asam asetat glasial
p.a.
500 mL
15
Pati
-
1 kg
16
HgI
p.a
0.5 g
17
Kalium dikhromat
p.a.
5g
18
NaCl
p.a.
1 kg
19
Asam posphat
p.a.
20 mL
20
Metanol
Teknis
2L
21
Khloroform
p.a.
1L
22
Sodium hipoklorit
-
1L
23
H2SO4
p.a
100 mL
24
KOH
p.a
10 g
25
Asam Benzoat
p.a
2g
Tabel 7.1 Daftar Perkiraan Biaya
No
Uraian
Harga Satuan (Rp) Proses Penelitian 8 kg 15 L 1.600
Kuantitas
Harga (Rp)
Biji kemiri Aquadest CaO n-Heksana
250 gram 15 L
1.300 39.000
24.000 325.000 585.000
Kertas saring
3 lembar
17.000
51000
Benang kasur
1 gulung
2.000
2.000
NaOH Metanol
45 g 1L
1.500 39.000
67.500 39.000
H2SO4
100 mL
-
-
1
2 HCl KOH
Proses Analisis 250 mL 350
45 g
1.500
9
87.500 67.500
Phenolptalein
1g
48.000
48.000
1,5 L
68.000
102.000
Asam oksalat
1g
2.000
2.000
Asam Benzoat
2g
NaOH
5g
700
3.500
Karbon tetraklorida
1L
104.000
104.000
Kalium iodida
25 g
6.000
150.000
Natrium tiosulfat
50 g
1000
30.000
Iod monoklorida
8g
13.000
104.000
500 mL
200
100000
1 kg 0,5 g
5.200 58.000
5.200 24.000
Kalium dikhromat
5g
3.500
17.500
NaCl
1 kg
11.000
11.000
20 mL
160.000
160.000
Khloroform
1L
167.000
167.000
Sodium hipoklorit
1L
13.000
13.000
Analisis GC-MS
2 sampel
390.000
780.000
Analisis viskositas
10 sampel
50.000
350.000
Analisis Heating Value
10 sampel
-
-
Alkohol netral 95%
Asam asetat glasial Pati Hgl
Asam phospat
3 Photocopy Penjilidan Kertas A4 Tinta Printer
Pembuatan laporan -
-
-
Total Pengeluaran
10
75.000 100.000 75.000 100.000 3.769.700
11
DAFTAR PUSTAKA
Djenar, N.S dan Ninik Lintang, 2009, Proses Transesterifikasi Dari Minyak Kemiri Sunan (Aleurites trisperma Blanco Menjadi Biodiesel, Politeknik Negeri Bandung. Mittelbach, M, dkk, 2004, Biodiesel The Comprehensive Handbook , Vienna : Baersedruct Ges mbH. Wulandari, Canrika dan Dian Nurhardiyani, 2009, Studi Pendahuluan Transesterifikasi Secara Bertahap Dari Minyak Kemiri Sunan (Aleurites trisperma Blanco) Menjadi Biodiesel , Politeknik Negeri Bandung. Andriana dan Nelly Suryani, 2010, Penentuan Temperatur dan Waktu Optimum Transesterifikasi pada Proses Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kemiri Sunan (Aleurites trisperma Blanco), Politeknik Negeri Bandung. Yulistina, Citra dan Lidya Elizabeth, 2008, Pembuatan Biodiesel dari Minyak Kelapa Sawit dengan Katallis Kalsium Oksida, Politeknik Negeri Bandung. Hasyim, Handri dan Nurjuwita, 2008, Pengambilan Minyak Kemiri dari Inti Biji Kemiri Spesies Aleurites trisperma Blanco dengan Ekstraksi Padat-Cair Menggunakan Peralatan Soxhlet , Politeknik Negeri Bandung. BRDST, 2008, Membangun Pabrik Biodiesel Skala Kecil , Jakarta : Swadaya. (http://www.balittri.litbang.deptan.go.id (on line) (22 Desember 2009).
12
